Ассемблер RISC Lab

На уровнях «RISC Lab» (часть 5 курса) вкладка «Ассемблер» работает иначе, чем на уровнях 18–29. Теперь это настоящее подмножество RV32I: 32 регистра, 32-битные машинные слова, форматы R/I/S/B/U/J. Каждая строка программы собирается в слово, которое можно сверить с эталоном побитно, а с 54-го уровня — ещё и исполнить по тактам на эталонном ядре.

Ассемблер растёт вместе со схемой: соберёте на уровне новую команду — ассемблер её выучит. Так и задумано: если команда ещё не изучена, ошибка «неизвестная команда» — не поломка. Проверьте, с какого уровня она доступна.

Общий вид программы

# комментарий — всё после # игнорируется
loop:                      # метка — имя и двоеточие
  addi x5, x0, 3           # команда и операнды через запятую
  addi x5, x5, -1          # числа: десятичные или 0x…
  bne  x5, x0, loop        # переходы — по метке
.end                       # останов — обязательная строка

• Одна инструкция на строку; пустые строки и строки-только-комментарии пропускаются.
• Комментарии начинаются с # (наравне с ним работают // и ; в шаблонах уровней).
• Регистры: x0…x31 и имя ra (≡ x1). x0 всегда читается как 0.
• Числа: десятичные (-5) и шестнадцатеричные (0x1F).
• Строка .end обязательна — без неё сборка даёт ERR_ASM_NO_END. В середине программы она тоже допустима: слово останова встанет на своём адресе, а разбор продолжится дальше.

Этапы роста: какая команда с какого уровня

На уровне 51 вместо схемного упражнения есть «Слово из полей»: соберите машинное слово из полей команды и сравните его с ассемблером побитно — так видно, где в слове живёт каждый операнд.

Форматы команд

Каждая команда — одно 32-битное слово. Поля в слове раскладываются по одному из шести форматов:

Для памяти пишется пара «смещение(регистр)»: lw x6, 0(x5) читает слово по адресу x5 + 0. Смещение — от −2048 до 2047, у lui — от 0 до 0xFFFFF.

Псевдоинструкции

Псевдо — удобные сокращения, которые ассемблер превращает в настоящие команды:

li с большим числом занимает два слова — адреса меток ниже сдвигаются на 4. На уровнях до 55 большое li даёт ERR_ASM_IMM_RANGE.

Переходы и метки

• Метка — имя из латинских букв, цифр и _, начинающееся не с цифры; объявляется строкой вида имя:.
• Смещение beq/bne/jal считается в байтах от адреса самой команды перехода до метки. Его вычисляет ассемблер, вам нужен только адрес метки.
• Цель перехода обязана быть чётной (адреса идут с шагом 4, поэтому нечётная цель — признак опечатки в метке): нечётная даёт ERR_ASM_UNALIGNED_TARGET.
• Диапазон beq/bne — от −4096 до +4094 байт, у jal — ±1 МБ.

Ошибки сборки

Ошибки показываются под редактором с номером строки. Текст объясняет, что проверить:

Ассемблер собирает все ошибки сразу, а не только первую — исправляйте сверху вниз и пересобирайте кнопкой «Собрать» (Ctrl+Enter).

Исполнение с 54-го уровня

С уровня 54 кнопка «Собрать» не только строит слова, но и исполняет программу на эталонном одноцикловом ядре: одна команда — один такт. В блоке «Исполнение» видны регистры, счётчик тактов и трасса команд. Ошибки времени исполнения (невыровненный адрес, чтение из окна команд, выход за окно памяти) замораживают машину с кодом ошибки — они описаны в справке вкладки «Исполнение».

• .end — останов: такта не добавляет, счётчик замирает.
• Адреса памяти данных — окно 0x1000…0x13FF, шаг адреса для lw/sw — ровно 4.
• LED — адрес 0xFFFF_F000, только запись (появляется с 59-го уровня); тумблеры — 0xFFFF_F004, только чтение.

Пример: цикл с bne (уровень 54)

# x5 = 3; повторить тело 3 раза
  addi x5, x0, 3      # x5 = 3 — счётчик
loop:
  addi x5, x5, -1     # x5 -= 1
  bne  x5, x0, loop   # пока x5 != 0 — назад на метку
.end

Последний bne исполняется, но прыжка не делает: x5 уже 0. Цикл из N повторений стоит N×(тело + 1) тактов.

Пример: база данных через lui (уровень 55)

# читаем слово из массива данных по адресу 0x1000
  lui  x10, 0x1       # x10 = 0x1000 — база массива
  lw   x6, 0(x10)     # x6 = первое слово массива
.end

lui кладёт число в старшие 20 бит: lui x10, 0x1 даёт 0x1000, потому что значение сдвигается на 12 бит влево.